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昨天我們了解了人眼有許多局限，“眼見不一定為實”。同時，“眼不見，不一定不為實”。因為，大部分光線（電磁波），無法被人看見，卻能被其他動物和望遠鏡捕捉到。這些看不見的光，包含了大量的信息。
今天就讓我們來看看，科學家是如何將望遠鏡捕獲到的信息，變成絢麗多彩的圖片。
【原始圖片是黑白的】
你知道嗎，這些色彩斑斕的圖片，其實原始版本都是黑白的。為什么要使用黑白相機呢？這是因為黑白相機比彩色相機能達到的敏感度更高。如果要拍攝彩色照片，光探測器就必須把紅色、綠色和藍色的元素放在同一區(qū)域，這會影響圖片的分辨率。而黑白照片，可以讓哈勃望遠鏡捕捉到更多的細節(jié)。
射入相機的光線需要經(jīng)過若干個不同的濾鏡，每個濾鏡對應一張黑白照片。這些濾鏡裝在一個可以旋轉(zhuǎn)的輪狀結(jié)構(gòu)上，稱為濾鏡輪（Filter Wheel）。就像下面這樣子。這個是哈勃的NICMOS（近紅外照相機和多目標光譜儀）的濾鏡輪，每個濾鏡輪有20個位置，裝有19個濾鏡以及1個空位。
哈勃NICMOS濾鏡輪示意圖
下面這個則是即將于2018年發(fā)射的詹姆斯?韋伯空間望遠鏡（James Webb Space Telescope）上的近紅外照相機的濾鏡輪。看起來很高大上。
即將發(fā)射的James webb望遠鏡的近紅外相機濾鏡輪示意圖
【黑白的宇宙如何變彩色？】
通過濾鏡拍攝的幾張黑白照片，進行上色后，再進行混合，就變成了彩色圖片。
我們來看一個例子——NGC1512。
NGC1512是時鐘座的一個螺旋星系，發(fā)現(xiàn)于1826年。它流傳于世的照片非常驚艷：暗色的懸臂，盤繞在金色的主體，邊緣則閃爍著令人目眩的紫色光芒。其實，這張圖片是由7張照片組合而成，分別由以下三個聚 焦在不同波段的相機拍攝：
1，F(xiàn)OC：暗天體照相機（Faint Object Camera）
2，WFPC2：第二代廣域和行星照相機（Wide Field and Planetary Camera 2）
3，NICMOS：近紅外照相機和多目標光譜儀（Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer）
原始圖片
它們拍攝的照片和大致波段如下圖所示
三個相機拍攝的7張照片的波段示意圖
上色
然后科學家給這幾張圖片上色。為了保持圖像的真實和自然，紅外部分會用最紅的顏色表示，而紫外部分會用最紫和最藍的顏色表示。為了將不可見光的波段壓縮到窄窄的可見光波段中，勢必會改變可見光部分的色彩，比如，肉眼所見的紅色，這里被涂成了黃色。
上色以后的圖
組合
然后再把這幾張圖片組合起來，就形成了下面這張絢麗多姿的圖片。
組合以后的圖
【顏色是分析工具】
哈勃望遠鏡的科學家會用三種方式來給圖片上色：后兩種其實都是偽彩色。
1，自然色（Natural color）：對光線太弱，肉眼難以看清的物體，會采用這種方式。最終的色彩與肉眼看上去的差別不大。
2，代表色（Representative Color）：主要針對肉眼看不見的物體，比如發(fā)出紅外光和紫外光的物體?？茖W家會用不同的顏色來代表不同的波段，然后進行合成。
3，增強色（Enhanced Color）：用顏色來突出那些容易被忽略的部分。
下面我們就通過幾個例子來具體看看這三種方式：
1，自然色：
Galaxy ESO 510-G13：這個星系的圖片由哈勃望遠鏡于2001年拍攝，它以一種側(cè)向的姿態(tài)面對我們，展示了它扭曲的盤面。它剛剛經(jīng)歷了一場星系碰撞，重力扭曲了星系中的恒星、氣體和塵埃，形成了這種糾結(jié)的形狀。
下圖左側(cè)是波譜?？梢钥吹?，三張黑白照片處于不同的波段。三張照片上色混合以后，形成了右側(cè)的最終圖片。這張圖片和肉眼所見的差別不大。
2，代表色
還記得“卡西尼探測器”拍攝的這張宛若彩虹的土星光環(huán)嗎？這就是一張代表色圖片，肉眼所見的土星光環(huán)并不是這樣的。圖中藍綠色部分是較純凈的冰，紅色部分的冰成分更加復雜。
土星光環(huán)的代表色圖片
下面我們來看一張土星的代表色圖片。這是一張色彩十分詭異的土星偽彩色照片，由哈勃望遠鏡的NICMOS拍攝于1998年，公布于哈勃望遠鏡8歲生日之際。
我們印象中的土星都是淺黃色的，而這張照片竟然出現(xiàn)了紫色、藍色、綠色……可真是絢麗呢，但是美得有點不真實——這與肉眼所見的土星色彩差別也忒大了。那這張照片有什么意義呢？它的意義就在于，有助于科學家分析土星的大氣。
從左側(cè)的波譜中可以看到，這三張原始的黑白照片，都是紅外波段的圖像。我們用藍色代表波長最短的紅外光，紅色代表波長最長的紅外光，綠色代表波長適中的部分。而組合之后出現(xiàn)彩色條紋的原因，是由于土星上層大氣的化學組成不同，導致對太陽光的反射方式不同。
土星代表色圖像的生成過程
3，增強色
我們來看看哈勃于1995年拍攝的這張著名的“創(chuàng)生之柱”吧！
“創(chuàng)生之柱”位于老鷹星云。在這里，濃密的塵埃中正孕育著恒星。星云附近的新生恒星輻射出強烈的紫外線，使得星云發(fā)出可見光。
原始的三張黑白圖片是用了三個窄帶濾光鏡拍攝所得，分別對應硫、氫、氧三個元素。在星云發(fā)出的可見光中，氫和硫發(fā)出紅光，氧發(fā)出綠色（如下圖所示，左側(cè)波譜中，上面兩張黑白圖片所對應的兩個波段都位于可見光的紅色區(qū)域）。
由于氫原子和硫離子都發(fā)出紅光，如果用自然色來處理，將無法把二者分辨開。因此，科學家用綠色來代表本來發(fā)紅光的氫原子；更紅的是帶有兩個單位負電荷的硫離子，這部分保持紅色；而發(fā)出綠光的雙電離氧用藍色來代替。這樣處理之后，從視覺上增強了細節(jié)，不同元素的分布一目了然。
在最終這張宏偉的圖片中，“創(chuàng)生之柱”周圍彌漫著的藍綠色薄霧代表氫和氧，而三根柱子略帶紅色，代表著其中密集的硫元素，創(chuàng)造出這幅美不勝收的圖片。
“創(chuàng)生之柱”增強色圖像的生成過程
對比一下，不經(jīng)過增強處理的圖是下面這樣。真是“萬里江山一片紅”啊，完全看不出氫和硫的分布范圍。
增強色處理前后的“創(chuàng)生之柱”圖像對比
所以說，哈勃望遠鏡公布的這些圖片，和肉眼看到的并不完全一樣。許多圖片都經(jīng)過了偽彩色處理。色彩，就是科學家的分析工具，讓我們更好的了解宇宙中這些壯觀的存在。
今天就到這里~
明天，我們將不僅限于哈勃望遠鏡，而是一同去看看，同一個星云，在不同的相機眼中，將是怎樣不同的景致。
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